Vào nội dung chính
Tạp chí khoa học

Phỏng sinh học : Công nghệ mô phỏng tự nhiên vì phát triển bền vững

Phần âm thanh 12:19
DR
Trọng Thành

Trong những năm gần đây, cái tên « Phỏng sinh học » (Biomimetics /Biomimétisme) càng ngày càng được nhắc đến trong đời sống. Phỏng sinh học là gì ? Khả năng áp dụng của Phỏng sinh học ra sao trong xã hội hiện nay ?

Quảng cáo

Khách mời của tạp chí Khoa học của RFI về chủ đề này là nhà khoa học người Mỹ, Janine Benyus, chuyên gia quản lý các nguồn tài nguyên thiên nhiên, tư vấn cho các doanh nghiệp, là người được coi là đã mở đường cho việc khuyến khích các cách tân công nghệ lấy cảm hứng từ tự nhiên. Bà cũng là người sáng lập của công ty tư vấn phỏng sinh học Biomimicry Guild.

RFI phỏng vấn Janine Benyus khi bà tới Pháp nhân dịp xuất bản bản dịch tiếng Pháp cuốn sách tiêu biểu của ngành phỏng sinh học, mà bà là tác giả « Le Biomimétisme, quand la nature inspire des innovations durables/Phỏng sinh học, khi tự nhiên gợi nguồn cảm hứng cho các cách tân phát triển bền vững », do nhà xuất bản Editions rue de l'échiquier ấn hành.

Tham gia vào tạp chí còn có nhà sinh học và nông học Gauthier Chapelle, người sáng lập Biomimicry Europa và cơ sở nghiên cứu Greenloop, cũng là người du nhập ngành phỏng sinh học vào Châu Âu, và ông Tarick Chekchak, giám đốc Khoa học và môi trường của quỹ Fondation Cousteau, nơi khuyến khích các doanh nghiệp quan tâm đến các cách tân của phỏng sinh học trong môi trường hải dương.

Để đưa ra một định nghĩa về phỏng sinh học, nhà khoa học Mỹ Janine Benyus, người đầu tiên kiến lập các nguyên lý phỏng sinh học trong thập niên 1990, cho biết :

« Phỏng sinh học là các cách tân lấy cảm hứng từ thiên nhiên. Nguyên tắc của nó là quan sát, học hỏi các chiến lược sống của các sinh vật để tạo ra một thế giới khác. (…) Cuốn sách này nói về các ứng dụng phỏng sinh học đang bắt đầu được thương mại hóa, ví dụ như pin mặt trời mô phỏng lá cây.

Các loài sinh vật tạo ra các sản phẩm trong điều kiện không có nhiệt độ cao, không có các chất phụ gia độc hại và không có áp suất cao. Chúng ta cũng đang đi đến chỗ này, ví dụ như với các pin mặt trời mô phỏng lá cây, các pin mặt trời không cần đến nhiệt độ cao, áp suất cao và các chất phụ gia độc hại. Cái giá của việc sản xuất ra các pin này có thể thấp hơn so với giá sản xuất công nghiệp hiện nay. »

Bà Janine Benyus cũng lưu ý đến ý nghĩa sâu xa của việc xây dựng một ngành khoa học dựa vào các phát hiện của sinh giới so với nguyên tắc thống trị của nền kinh tế hiện đại, chủ yếu dựa vào sự khai thác các nguồn năng lượng không tái tạo được trong tự nhiên, nhất là các năng lượng hóa thạch :

« Cần quan sát và so sánh giữa việc các sinh vật sử dụng năng lượng với năng lượng hạt nhân mà con người tạo ra. Khi quan sát các phương thức tích trữ năng lượng của sinh giới, có thể thấy loài vi khuẩn sơ đẳng nhất đã có các phương thức hấp thu năng lượng mặt trời. Từ 3,8 đến 4 tỷ năm nay, sinh giới đã có rất nhiều kinh nghiệm trong việc sử dụng năng lượng mặt trời. Không kể một số loài sinh vật sống dưới đáy đại dương sử dụng các năng lượng địa nhiệt.

Tôi xin đưa ra một ví dụ cho thấy là, lĩnh vực của phỏng sinh học không nhất thiết là phải tạo ra một vật liệu mới. Tại Mỹ, có một nghiên cứu áp dụng nguyên tắc di chuyển của các đàn cá. Chúng ta nhận thấy mỗi con cá khi di chuyển lướt theo các tuyến đã được các con đi trước tạo ra, và như vậy chúng tiết kiệm được rất nhiều năng lượng.

Về trường hợp này, tôi nghĩ đến điện gió. Chúng ta có thể xếp đặt các trạm điện gió sao cho trạm này nối theo trạm kia, để có thể khai thác được hiệu ứng đàn cá này. Theo cách này, chúng ta có thể đạt được hiệu suất năng lượng cao hơn gấp 10 lần, chỉ đơn giản là học cách các con cá di chuyển như thế nào với nhau trong đàn. »

Để hiểu hơn về ý nghĩa mang tính cách mạng của ngành phỏng sinh học, bà Janine Benyus nhấn mạnh đến nguyên tắc tiết kiệm năng lượng của sinh giới, được thử thách qua gần 4 tỷ năm tồn tại trên trái đất :

« Chúng ta lấy ví dụ về lửa. Đây là một phát hiện kỳ diệu. Nhưng có thể ví việc phát hiện và sử dụng lửa với việc áp dụng nguyên tắc của núi lửa. Trong tự nhiên có nhiều hình thức sử dụng năng lượng kiểu khác, khi chúng ta quan sát các sinh vật, ví dụ như con nhện có thể làm tổ được kể cả ở những nơi rất nóng. Hay các loài sò biển, chúng có thể tạo được lớp vỏ cứng mà không cần phải có lửa.

Chúng ta sử dụng rất nhiều năng lượng, như dầu mỏ chẳng hạn, là kết quả của quá trình chuyển hóa các thực vật, động vật trong vòng 600 triệu năm. Chúng ta đốt cháy rất nhiều, nhưng chúng ta lại không tạo ra được nhiều năng lượng mới. »

Trở lại với nông nghiệp, một ngành kinh tế đã được công nghiệp hóa trên quy mô lớn ở khắp mọi nơi trên bề mặt hành tinh, Janine Benyus so sánh với các hệ sinh thái tự nhiên, mà nông nghiệp cần phải hướng đến, nếu chúng ta muốn có được một sự phát triển bền vững :

« Nông nghiệp hiện nay của chúng ta giống như một nhà máy. Khi quan sát một cánh đồng hoang dã ở Bắc Mỹ chẳng hạn, chúng ta có thể thấy sự tồn tại của nhiều giống loài. Thế nhưng nông nghiệp chúng ta hiện nay là nền nông nghiệp độc canh, chỉ trồng duy nhất một thứ cây trên một diện tích nhất định.

Các cây cỏ trong tự nhiên sống được cả vào mùa lạnh, trong khi đó cây trồng trong nông nghiệp là cây trồng theo thời vụ, biến mất sau một vụ và lại được trồng vào vụ tiếp theo. Ý tưởng về phỏng sinh học trong nông nghiệp là, quay trở lại sự đa dạng của các giống loài, trong tự nhiên chúng sống lâu hơn và cộng sinh với nhau, một hệ quả tích cực nữa là giảm đi các bệnh của cây trồng.

Theo phương thức này, chúng ta chú trọng đến các cây có khả năng tập trung nitơ để nuôi đất. Vì các cây sống vào mùa đông, nên chúng ta không cần các chất trừ sâu, có nghĩa là lượng dầu mỏ để chế ra thuốc trừ sâu. Vì sự đa dạng này, mà có một quá trình thụ phấn tự nhiên, nên có thể ví như các loài cây tự điều chỉnh với nhau.

Phỏng sinh học trong nông nghiệp không chỉ lấy mô hình từ các cánh đồng hoang, mà còn từ cả rừng nữa, để có thể tạo ra các khu rừng nông nghiệp, ví dụ như rừng có cây hạt dẻ bên trên hay các loại cây cho quả, bên dưới là các loài cây bụi, ví dụ như các cây cho dầu, các loại quả… và dưới cùng là cỏ. Có sẵn cả một cơ chế mà chúng ta có thể áp dụng. »

Điểm lại ba cấp độ chính của môn phỏng sinh học, Janine Benyus trở lại với cấp độ đầu tiên, đó là sự bắt chước những hình thức hết sức có hiệu quả của sinh giới vì các mục tiêu khác nhau.

« Cấp độ đầu tiên của phỏng sinh học là bắt chước hình thức bên ngoài. Bắt chước các chuyển động của các loài sinh vật, chúng ta có thể học được cách vận chuyển ít tốn năng lượng. Ví dụ như học cách bay của chim bói cá, chúng ta có thể tăng tốc độ 10% và tiết kiệm được 15% năng lượng.

Những ví dụ như vậy là rất nhiều. Ví dụ như cách tự tẩy rửa của chiếc lá sen. Đây cũng là vấn đề mang tính hình thức. Cụ thể là lá sen không bị thấm các chất từ bên ngoài, do bề mặt có cấu tạo đặc biệt với các hình trụ siêu nhỏ, không cho phép nước có thể tản ra được, mà bị khuôn lại thành hạt, hoàn toàn tròn và chảy đi mang theo bụi bặm. Cấu tạo này có thể được áp dụng trong việc chế tạo các loại sơn. »

Ông Tarick Chekchak, giám đốc Khoa học và môi trường của quỹ Fondation Cousteau, thì nhấn mạnh đến một số cách tân mà các nhà doanh nghiệp có thể học hỏi được từ các sinh vật sống dưới đáy biển.

« Trong môi trường biển cũng có rất nhiều điều đáng để học hỏi, từ dưới đáy biển đến trên mặt nước, từ các rạn san hô đến những vùng biển Bắc cực hay Nam cực. Tôi đặc biệt nghĩ đến việc chế tạo ra màu xanh. Đối với chúng ta, phải có nhiệt độ cỡ 1.500 °C mới có thể tạo được màu này, trong khi các loài bọt biển có xương sống màu xanh ở Nam cực, có thể tạo ra được màu này ở nhiệt độ bình thường. Hiện nay có một phòng thí nghiệm của một doanh nghiệp bắt chước được phương thức này. Sản phẩm là các sợi màu xanh rất chắc chắn, có chất lượng như các sợi cáp quang màu xanh. Chúng ta chưa ở giai đoạn có thể làm được kính màu xanh, nhưng sợi thì làm được. »

Về mức độ ứng dụng phỏng sinh học tại Châu Âu và triển vọng của ngành khoa học công nghệ này, nhà sinh học và nông học Gauthier Chapelle cho biết :

« Tôi nói rằng, trong lĩnh vực này đã có những bước tiến, nhưng mặt khác vẫn còn khó khăn. Tuy nhiên, vấn đề là những bó buộc về môi trường mà chúng ta thấy khắp nơi khiến phỏng sinh học ngày càng được lắng nghe. Hiện tại, để có thể chuyển thành các sản phẩm cụ thể, các doanh nghiệp lớn với các phòng thí nghiệm nghiên cứu và phát triển cần phải đầu tư đặc biệt mạnh cho lĩnh vực này. Bước nhảy đầu tiên là về mặt quan niệm. Trong hiện tại, chưa có nhiều lắm các doanh nghiệp sẵn sàng làm chuyện này.

Hiện tại, chúng tôi còn có ít khách hàng. Trên bình diện công nghệ, chúng tôi đang làm việc với một doanh nghiệp Nhật Bản, sản xuất các bao gói, chúng tôi đặc biệt quan tâm đến các bao gói tôn trọng môi trường, đặc biệt trong lĩnh vực y tế. Chúng tôi cũng làm việc trên phương diện cơ cấu, để tìm một tiếp cận mang tính hệ thống trong việc bảo vệ hệ sinh thái trong sản xuất nông nghiệp.

Cấp độ thứ ba của phỏng sinh học : đó là việc tái tạo cách thức tạo ra hệ thống tự nhiên trong môi trường công nghiệp, rộng hơn là trong lĩnh vực kinh tế. Chúng tôi tìm các nguyên tắc vận hành, ví dụ như trong các khu rừng hay trong các rạn san hô, các nguyên tắc như các luồng lưu thông, nguyên tắc tiết kiệm năng lượng, tầm quan trọng của sự phối hợp, tái chế các chất thải… Khi chúng ta phối hợp các nguyên lý này với nhau, thì chúng ta sẽ đạt được một mức độ bền vững lớn hơn.

Thành phố là một ví dụ tiêu biểu mà nguyên lý hệ sinh thái có thể áp dụng. Ví dụ như chúng ta có thể học hỏi mô hình tổ kiến, với nguyên lý lưu thông, đặc biệt là lưu thông thực phẩm. »

Để có một hiểu biết bước đầu về phỏng sinh học, có thể tóm lại như sau : phỏng sinh học không đơn thuần chỉ là sự bắt chước các hình thức, vận động và cách thức tạo ra các chất liệu ở các loài động thực vật. Mục tiêu cao nhất của phỏng sinh học là mô phỏng các nguyên lý của các hệ sinh thái tự nhiên.

Phỏng sinh học là một khoa học học hỏi tự nhiên. Trong tự nhiên, có các hình thức năng lượng chính, đó là mặt trời và trọng lực, bên cạnh năng lượng địa nhiệt. Sinh giới biết cách sử dụng các năng lượng ở mức độ cần thiết. Tiết kiệm năng lượng ; thích nghi về mặt hình thức để bảo đảm các chức năng sinh tồn ; tái sử dụng các chất thải - với nguyên tắc mỗi chất thải là một nguồn tài nguyên - ; dựa vào sự đa dạng sinh học - với nguyên lý sự đa dạng, dồi dào của các giống loài mang lại khả năng kháng cự cao của hệ thống đối với các tác động bất lợi bên ngoài...  đó  là các nguyên tắc lớn mà phỏng sinh học rút ra từ sinh giới.

Phỏng sinh học không phải là sự áp dụng máy móc các mô hình có sẵn, mà là biết cách quan sát những gì diễn ra tại chỗ để học cách thích ứng. Dù đã có những cơ sở và bước tiến ban đầu, phỏng sinh học là một khoa học công nghệ đang ở bước khởi đầu, mà để phát triển được, rất cần được sự đầu tư lớn, đặc biệt một đột phá trong nhận thức.

Để học hỏi những gì mà tự nhiên đã tạo ra sau hàng tỷ năm tiến hóa, các nhà phỏng sinh học nhấn mạnh đến một thái độ khiêm nhường cần có, để con người có cơ hội nắm được nhiều điều tinh túy từ các loài động thực vật, dù  hết sức bé nhỏ, và các hệ sinh thái ở khắp mọi nơi. Trước những thách thức sinh thái nhãn tiền đối với nhân loại chúng ta, phỏng sinh học là một cơ hội cho việc chuyển đổi nền khoa học – công nghệ và kinh tế hướng đến sự phát triển bền vững.

 

Thư TinHãy nhận thư tin hàng ngày của RFI: Bản tin thời sự, phóng sự, phỏng vấn, phân tích, chân dung, tạp chí

Không tìm thấy trang

Nội dung bạn đang cố truy cập không tồn tại hoặc không còn khả dụng.